Лабораторная работа № 6
^ Вверх
Вы здесь: Главная РАЗДЕЛ 3. ФИЗИОЛОГИЯ ФОТОСИНТЕЗА Лабораторная работа № 6

Лабораторная работа № 6

ТЕМНОВЫЕ РЕАКЦИИ ФОТОСИНТЕЗА. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ФОТОСИНТЕЗА

 

Цель:

 

 

 

 		 познакомиться с методами количественного определения интенсивности фотосинтеза; получить представление о путях ассимиляции углекислого газа растениями и методах определения первичных продуктов фотосинтеза.
 

Контрольные вопросы

 

1. Циклическая и нециклические редокс-цепи бактериального типа. Полезные продукты, механизм образования и энергетическая эффективность.

2. Редокс-цепь фотосинтеза хлоропластов и цианобактерий. Представление о совместном функционировании двух фотосистем. Основные функциональные комплексы электронтранспортной цепи - ФС1, ФС2, цитохром b6/f комплекс; их структура и функции.

3. Фотофосфорилирование. Характеристика основных типов фотофосфорилирования - циклического, нециклического, псевдоциклического. Механизм сопряжения электронного транспорта и образования АТФ. Ультраструктура АТФ-синтазного комплекса хлоропластов. Механизм синтеза АТФ.

4. Темновая стадия фотосинтеза. Пути усвоения углерода растениями, их разнообразие и особенности. Природа первичного акцептора углекислого газа.

5. С3-путь усвоение углерода, цикл Кальвина. Первичные продукты фотосинтеза и их превращение.

6. Цикл Хэтч-Слейка-Карпилова и САМ-метаболизм. С4-путь усвоения углерода, экологическая роль.

7. Бактериальный путь усвоения углерода. Цикл Арнона.

8. Представление о фотодыхании, отличие от темнового дыхания и биологическая роль. C2-путь фотосинтеза.

9. Энергетика фотосинтеза. Эффективность световых и темновых реакций.

 

Темновые реакции цикла Кальвина обеспечивают включение углерода СО2 в состав органических веществ и восстановление его до уровня углеводов. Цикл Кальвина происходит в 3 этапа:

 

 

I - Ассимиляция углерод (IV) оксида рибулозо-1,5-дифосфатом (РуБФ) с образованием в конечном итоге 2 молекул 3-фосфоглицериновой кислоты (3-ФГК);

II - Восстановление 3-фосфоглицериновой кислоты с участием продуктов световой стадии фотосинтеза (АТР, NADРH) до 3-фосфоглицеринового альдегида, который по уровню восстановленности соответствует углеводам;

III - Реакции перестройки и конденсации, смысл которых – регенерация первичного акцептора - рибулозо-1,5-дифосфата (РуБФ) – фосфорилированием образованного в этих реакциях рибулозо-5-фосфата (РуМФ). Часть продуктов изымается из цикла и идет на построение ди-, полисахаридов и других органических веществ.

На образование молекулы глюкозы, таким образом, расходуется 12 молекул NADРH и 18 молекул АТР, что описывается стехиометрической схемой:

Количественно фотосинтез оценивается следующими основными показателями:

1. Интенсивность фотосинтеза - масса углекислого газа, поглощенная единицей площади (массы) листовой поверхности в единицу времени (мгСО2/(дм2час));

2. Чистая суточная продуктивность (Фсут) - возрастание сухой массы всего растения на площадь листовой поверхности в сутки (г/(м2сут)):

.

3. Суточный прирост сухой массы ():

,

где М − масса суточного прироста сухого вещества; k = 1,2 − поправка на дыхание;  − коэффициент пересчета накопленной сухой массы в количество ассимилированного СО2; t − продолжительность светового дня (15 часов).

4. Чистая продуктивность фотосинтеза (Фч.пр.) - характеризует интенсивность образования и накопления массы урожая (г/м2):

,

где B1,2 и Л1,2 − масса сухого вещества в начале и конце учетного периода и средняя площадь листовой поверхности за n дней учетного периода.

5. Коэффициент активности фотосинтеза (Кэф) - показывает экономичность (эффективность) фотосинтеза, соответствие между количеством усвоенного СО2 и накоплением сухой массы:

Кэф = суточный прирост урожая/суточное усвоение СО2.

6. Ассимиляционное число ─ характеризует степень использования растением фотохимически активного хлорофилла: .

7. КПД (эффективность) фотосинтеза (КПДф):

КПДф = B100/A,

где А − количество энергии, поступающее за период вегетации на 1 га посева / кДж, В − количество энергии, накопившееся в органической массе (биологической или хозяйственной) урожая, кДж, ккал.

В среднем КПДф для сельскохозяйственных растений составляет 0,5 –1 %, а теоретически возможное – 4 – 6 % (1 кг сухой массы урожая накапливает до 17000 кДж энергии).

8. Экономический коэффициент (Эk) − показывает какая доля всего продукта фотосинтеза выделяется листьями для собственного дыхания (т.е. определяет не только продуктивность, но и экономичность расходования):

,

где ФБР и ФН - соответственно, фотосинтез брутто и нетто; Д - дыхание.

Высшие растения связывают СО2 в10 – 20 раз больше чем выделяют (водоросли в 5 – 25 раз).

9. Фотосинтетический коэффициент (Kф):

.